Двигатели внутреннего сгорания (стр. 2 из 3)

Конструкция головки цилиндров зависит от формы камеры сгорания, числа и расположения клапанов, свечей зажигания, форсунок, впускных и выпускных каналов и системы охлаждения. Головка цилиндров двигателей с жидкостным охлаждением имеет сложную форму и состоит из следующих элементов: камеры сгорания, гнезд для впускных и выпускных клапанов, впускных и выпускных каналов, стенок и полостей для охлаждающей жидкости и наклонных отверстий для форсунок.

Форма камеры сгорания в головке цилиндров оказывает существенное влияние на рабочий цикл двигателя. В карбюраторных двигателях при верхнем расположении клапанов широкие распространение получили полусферическая камера с двусторонним размещением клапанов и клиновая с односторонним расположением клапанов.

В дизелях с неразделенными камерами с непосредственным впрыском топлива камеры сгорания имеют простые формы и размещаются в поршне. Головки цилиндров дизелей с вихрекамерным смесеобразованием более сложные, у них камера сгорания состоит из двух частей! верхнюю часть камеры отливают заодно с головкой, а нижнюю часть изготовляют из жароупорной стали и вставляют со стороны опорной плоскости головки. Головки цилиндров отливают из легированного чугуна или алюминиевого сплава.

Преимущество головки цилиндров, отлитых из алюминиевых сплавов, по сравнению с чугунными — меньшая масса и более высокая теплопроводность, что позволяет несколько повысить степень сжатия. Чтобы предотвратить прорыв газов между головкой цилиндров и блок-картером, устанавливают стаде" или медно-асбестовые прокладки толщиной 1,4—2,0 мм.

4.6. Поршни, поршневые кольца и пальцы

Поршень предназначен, для восприятия сил давления газов и передачи их через поршневой палец и шатун коленчатому валу и для отвода теплоты в стенки цилиндра. В процессе работы двигателя поршень воспринимает механические нагрузки от сил тления газов и сил инерции движущихся масс, а также тепловые нагрузки от нагрева днища горячими газами. Поэтому поршень должен обладать необходимой прочностью и жесткостью при минимальной массе, повышенной износоустойчивостью трущихся поверхностей, высокой теплопроводностью, хорошим отводом теплоты от днища поршня в стенки цилиндра.

Поршень имеет форму стакана и состоит из днища, уплотняющей и направляющей частей или юбки. Днище вместе с уплотняющей частью составляет головку поршня. Днище поршня образует с внутренней поверхностью головки цилиндров камеру сгорания и воспринимает давление газов. Днище поршня наполняется плоским, выпуклым, вогнутым или фасонным в зависимости от формы камеры сгорания, степени сжатия, способа смесеобразования, расположения клапанов, расположения форсунок и от других факторов. У большинства четырехтактных карбюраторных двигателей применяют днище поршня плоское. Оно имеет минимальную поверхность нагрева и просто в изготовлении. У дизелей большое распространение получили днища с полостями. Для увеличения прочности и лучшего отвода теплоты днище поршня с внутренней стороны снабжают ребрами.

На уплотняющей части поршня расположены кольцевые канавки и для поршневых колец. В канавки устанавливают компрессионные и маслосъемные кольца. В канавках маслосъемных колец расположены сквозные отверстия для отвода излишков масла в поддон картер. Юбка поршня служит для направления его движения в цилиндре и для передачи пальца зависит от типа сопряжений пальца с поршнем и шатуном. По этому признаку различают: палец, вращающийся в бобышках поршня и закрепленный в головке шатуна;

палец, свободно вращающийся как в головке шатуна, так и в бобышках поршня. Палец, свободно вращающийся в головке шатуна и в бобышках, называют плавающим. Широкое распространение в двигателях получили плавающие поршневые пальцы. Преимущество плавающего пальца — незначительный и равномерный износ Как по длине, так и по окружности благодаря меньшей относительной скорости скольжения, а недостаток его -свободное перемещение в осевом направлении. От осевых перемещений плавающие пальцы удерживаются пружинящими кольцами круглого сечения, вставленными в бобышки поршня, или заглушками, изготовленными из алюминиевого или магниевого Сплава. Материалом для изготовления пальцев служат малоуглеродистые цементируемые и легированные цементируемые стали.

4.7. Шатуны

Шатун служит для соединения поршня с коленом вала и для передачи усилия от поршня т коленчатому валу. Шатун при работе двигателя совершает сложное качательное движение и подвергается воздействию переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Поэтому шатун должен обладать высокой прочностью и жесткостью при относительно малой массе, высокой износостойкостью и плавностью переходов от стержня шатуна к его головкам.

Шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки. Конструкция верхней (поршневой) головки зависит от способа крепления поршневого пальца и условий его смазки. При плавающем пальце верхнюю головку выполняют не разъемной и в нее запрессовывают бронзовую втулку, которая служит подшипником поршневого пальца. Смазка к бронзовой втулке подводится под давлением от шатунной шейки коленвалала по каналу в стержне шатуна или разбрызгиванием через отверстия в верхней головке.

Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, что обеспечивает ему необходимую прочность и жесткость при относительно малой массе. Нижнюю (кривошипную) головку обычно выполняют разъемной. Разъем головки осуществляется в плоскости оси шатунной шейки. Съемную часть нижней головки называют крышкой. Крышку крепят к телу шатуна, двумя шатунными болтами, гайки которых от отворачивания фиксируются шплинтами. Чтобы придать большую жесткость, крышки головок выполняют с ребрами и

приливами. От смещений в поперечном направлении крышка фиксируется выступами в ней или теле шатуна, треугольными шлицами в плоскости стыка или призонными болтами.

При больших размерах нижней головки, когда шатун не проходит через цилиндр (верх), плоскость разъема головки располагается под углами 30, 45 и 60° к продольной оси стержня шатуна. Для двухрядных У-образных автотракторных двигателей применяют, как правило, шатуны с последовательным расположением их на одной шейке вала. Их конструкция ничем не отличается от ранее описанной.

В нижней головке шатунов устанавливают подшипники скольжения, представляющие собой взаимозаменяемые тонкостенные биметаллические вкладыши, изготовленные из стальной ленты толщиной 1—3 мм, покрытой антифрикционным сплавом. Тонкостенные вкладыши от проворачивания и осевых перемещений удерживаются усиками, входящими в канавки шатуна и его нижней крышки. Вкладыши устанавливают в нижнюю головку с натягом, величина которого зависит от диаметра шатунной шейки и составляет 0,03—0,04 мм.

Шатуны изготовляют штамповкой из углеродистой или легированной стали. В качестве антифрикционного материала вкладышей подшипников карбюраторных двигателей применяют свинцовые и оловянистые баббиты, алюминиевые сплавы АСМ-НАТИ, а для дизелей — свинцовистую бронзу БрС-30 или сплав из алюминия, сурьмы и магния(АСМ). бокового усилия от шатуна на стенку цилиндра. Юбка поршня имеет бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Изготовляют юбку поршня большего диаметра, чем днище, так как она во время работы двигателя меньше нагревается, а, следовательно, и меньше расширяется. Чтобы уменьшить передачу теплоты от головки поршня к юбке, в поршнях карбюраторных двигателей иногда делают прорезь по части окружности между головкой и юбкой. Для нормальной работы поршня без стуков и заеданий % свободного перемещения его в холодном и нагретом цилиндре, необходимо иметь

минимальный зазор между юбкой и стенкой цилиндра. Чтобы получить минимальный зазор, юбки поршня выполняют эллиптической или конической формы с уменьшением диаметра, кверху Я разрезные. Для грузовых автомобилей и тракторов в основном применяют поршни, у которых юбка имеет эллиптическую форму,

Материалом для изготовления поршней служат алюминиевые сплавы и иногда чугун. Преимущество поршней, изготовленных из алюминиевых сплавов, по сравнению с чугунными — меньшая масса и более высокая теплопроводность (в 3—4 раза выше).

Поршни из алюминиевых сплавов изготовляют в основном отливкой. Чтобы сократить период приработки поршня с цилиндром, боковую поверхность поршня покрывают тонким слоем (0,002—0,006 мм) олова.

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные (масло отбрасывающие).

Компрессионные кольца предназначены для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром от прорыва газов из камеры сгорания в поддон картера и для отвода теплоты от головки поршня к стенкам цилиндра. Уплотняющее действие компрессионных колец основано на создании ими в зазоре между поршнем и цилиндром лабиринта. Поршни карбюраторных двигателей имеют два-три компрессионных кольца, а поршни дизелей вследствие более высоких давлений в камере сгорания - три-четыре кольца.

Конструкция компрессионных колец определяется формой поперечного сечения и формой их замка. Форма сечения колец может быть прямоугольной и трапецеидальной. В автотракторных двигателях применяют также иные кольца с выемкой по внутреннему диаметру, которые лучше прирабатываются к зеркалу цилиндра и меньше пригорают, чем прямоугольные. Замок кольца выполняют прямым или Косым. Наиболее широко применяются кольца с прямыми замками, которые просты в изготовлении и надежны в работе. Чтобы предотвратить прорыв газов через замки, последние располагают под углом 90—120° относительно друг друга.

Маслосъемные кольца служат для удаления со стенок цилиндра излишков масла и направления их в картер с целью предотвращения попадания в камеру сгорания. Маслосъемные кольца выполняют различной формы. Наиболее широко применяются конические, скребковые и составные маслосъемные кольца. Составное маслосъемное кольцо имеет два кольцевых диска и два расширителя — осевой и радиальный. При перемещении поршня вниз Излишки масла со стенок цилиндра снимаются кромками маслосъемных колец и через щели в кольце и отверстия в поршне отводятся в поддон картера.